WO1997003036A1 - PROCEDE DE PREPARATION D'α,φ-BROMOCHLOROALCANES - Google Patents

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WO1997003036A1
WO1997003036A1 PCT/FR1996/001027 FR9601027W WO9703036A1 WO 1997003036 A1 WO1997003036 A1 WO 1997003036A1 FR 9601027 W FR9601027 W FR 9601027W WO 9703036 A1 WO9703036 A1 WO 9703036A1
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cyclic ether
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Gilles Drivon
Christophe Ruppin
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Elf Atochem S.A.
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    • C07C17/16—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of hydroxyl groups

Definitions

  • the present invention relates to a process for the direct preparation of ⁇ , ⁇ -bromochloroalkanes from cyclic ethers (ethers).
  • Haloalkanes and, more particularly ⁇ , ⁇ - bromochloroalkanes are widely used as raw materials for the preparation of pharmaceuticals, pesticides and detergents.
  • British patent 788,349 describes a process for preparing 1-bromo-4-chlorobutane which consists in treating in a first step THF with dry hydrochloric acid in the presence of traces of ZnCl2 at a temperature which reaches approximately 100 ° C., then in a second step to treat the 4-chloro-1 -butanol obtained previously with red phosphorus then with dry bromine at a temperature between 0 ° C and -10 ° C.
  • 1-Bromo-4-chlorobutane is obtained with a yield of about 62% relative to the THF used.
  • US Patent 2,839,574 mentions a process for preparing 1-bromo-4-chlorobutane which avoids the use of red phosphorus and bromine or SBrg.
  • This process consists in treating 4-chloro-1-butanol previously distilled with dry hydrobromic acid in the presence of a boiling solvent and forming an azeotrope with the water formed according to the reaction: CI (CH2) 4 ⁇ H + HBr ⁇ Br (CH2) 4CI + H2O.
  • the yield is about 70%.
  • HAHN Roger C. Journal of Organic Chemistry, 53 (6), pp 1331-3, 1988
  • 1-bromo-6-chlorohexane is obtained by heating a mixture of n-bromobutane and 1,6-dichlorohexane in the presence of tetrabutylammonium bromide according to the reaction scheme:
  • n represents an integer ranging from 3 to 8
  • cyclic ether-oxide of formula in which has the same meaning as in formula (I) characterized in that: a / said cyclic ether-oxide (II) is brought into contact, optionally with an amount of water at most equal to 20 parts by weight per 100 parts by weight d cyclic ether oxide (II) with gaseous hydrochloric acid, then, b / the preceding phase obtained in a / is brought into contact with gaseous hydrobromic acid.
  • the amount of water added to the cyclic ether oxide (II) is between 1 part and 15 parts by weight per 100 parts by weight of cyclic ether oxide (II) used, and preferably an amount between 5 and 10 parts by weight.
  • a cyclic ether oxide of formula (II) which can be used according to the present invention, mention may be made of 1,3-propylene oxide (oxetane), tetrahydrofuran, tetrahydropyran, oxide of 1, 6-hexamethylene (oxepane), the oxide of 1,7-heptamethylene (oxocane).
  • oxetane 1,3-propylene oxide
  • tetrahydrofuran tetrahydrofuran
  • tetrahydropyran oxide of 1, 6-hexamethylene
  • oxepane oxide of 1, 6-hexamethylene
  • 1,7-heptamethylene oxocane
  • the process of the present invention applies very particularly to the preparation of 1-bromo-4-chlorobutane from tetrahydrofuran. According to the present invention, it is not necessary to isolate and / or purify r ⁇ , ⁇ -chlorohydroxyalkane (III) obtained in a / by hydrochlorination of the cyclic ether oxide (II) according to the reaction scheme:
  • Step b / is carried out by directly reacting the previous phase obtained by a / -containing the intermediate (III) - with gaseous hydrobromic acid to lead to the ⁇ . ⁇ -bromochloroalkane (I) according to the diagram reaction:
  • Steps a / and b / of the process according to the invention are carried out at a temperature ranging from room temperature (approximately 20 ° C) to approximately 100 ° C and, preferably, at a temperature ranging from 40 ° C to 70 ° vs.
  • the temperatures can be identical or different in the two stages, but it is preferred to operate at a single temperature.
  • the operation is carried out in step a / with a gaseous HCl / ether-cyclic oxide molar ratio of between 1 and 3 and, preferably, between 1, 10 and 2, and in step b / with a molar ratio
  • Gaseous HBr / cyclic ether oxide between 1 and 2 and preferably between 1, 20 and 1.60.
  • reaction time for each of steps a / and b / can vary within wide limits, but it is generally between 2 and 30 hours and, preferably, between 10 and 25 hours.
  • the reaction can be carried out at atmospheric pressure.
  • gaseous hydrochloric acid is introduced into the cyclic ether-oxide optionally supplemented with water, then, after the introduction is completed, the reaction is continued by directly introducing into the reaction medium obtained gaseous hydrobromic acid.
  • the introduction of HBr gas is completed, the water formed is removed by decantation from the reaction medium and then the ⁇ . ⁇ -bromochloroalkane is purified in particular by distillation under reduced pressure.
  • the preparation of ⁇ . ⁇ -bromochloroaicane according to the process of the invention has the advantage of being carried out in two successive reaction stages in the same apparatus without any purification or separation of the intermediate ⁇ . ⁇ -chlorohydroxyalkane.
  • the process of the invention also has the advantage of being carried out without solvent and in the absence of catalyst.
  • Step a In a 1 liter glass reactor equipped with mechanical stirring
  • anchor a temperature probe, a gas injection pipe and surmounted by a giycolated water condenser (temperature approximately -20 ° C) are introduced, under an inert atmosphere 325 g (4.5 moles ) tetrahydrofuran and 16.2 g of water (5% by weight).
  • the whole is heated to 55 ° C. and then, in 14 h, 255 g (7 moles) of HCl gas are injected at a decreasing flow rate ranging from 1.5 mol / h to 0.15 mol / h while maintaining the temperature of the reaction medium at 60 ° C.
  • the reaction crude (593 g) contains 2.7% of water, 14% of HCl, 76.5% of 4-chloro-1-butanol, 3% of 1, 4-dichlorobutane and 1.5% residual THF.
  • the conversion of THF is greater than 97% and the crude molar yield of 4-chloro-1-butanol is approximately 93% relative to the THF used.
  • the reaction medium settles. 280 g of a yellowish aqueous phase containing 58% of HBr are obtained and 728 g of a colorless organic phase comprising 91% of 1-bromo-4-chlorobutane, 2.8% of 1,4-dichlorobutane, 5, 8% of 1,4-dibromobutane and 0.1% of residual 4-chloro-1-butanol, hence a crude molar yield of 1-bromo-4-chlorobutane of 92.5% relative to 4-chloro-1 -butanol and 86% compared to the THF used.
  • Example 2 In the same apparatus as for Example 1, are introduced 325 g of tetrahydrofuran and 16.2 g of water. The whole is heated to 50 ° C., with stirring, then 365 g of HCl gas is injected in 25 h at a flow rate of 1.5 mol / h to 0.35 mol / h while maintaining the temperature of the medium. reaction at 50 ° C. 586.5 g of a crude reaction product containing 2.8% water is then obtained,
  • step a is carried out without adding water.
  • step a is carried out without adding water.
  • the conversion of THF is 85% and the crude molar yield to 4-chloro-1-butanol is approximately 82%.
  • the second step of synthesis of 1-bromo-4-chlorobutane first requires a step of separation of the aqueous phase and then a step of purification of the crude intermediate 4-chloro-1-butanol to avoid the excessive formation of 1,4-dibromobutane from the residual THF.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation d'α,φ-bromochloroalcanes. On effectue l'hydrochloration d'un éther-oxyde cyclique éventuellement additionné d'eau puis on fait réagir la phase obtenue sans aucune purification ni séparation préalable avec de l'acide bromhydrique gazeux.

Description

PROCEDE DE PREPARATION D'α,ω -BROMOCHLOROALCANES
* * * * * * * * * * *
La présente invention concerne un procédé de préparation directe d'α ,ω-bromochloroalcanes à partir d'ethers-oxydes (éthers) cycliques.
Les halogénoalcanes et, plus particulièrement les α,ω- bromochloroalcanes sont largement utilisés comme matières premières pour la préparation de produits pharmaceutiques, de pesticides et de détergents.
De nombreuses méthodes ont été décrites pour obtenir ces α,ω- bromochloroalcanes.
Le plus souvent, elles font appel à la réaction des halogènes (brome, chlore) ou de leurs dérivés tels que PBr3, SBTQ sur un α, ω- chlorohydroxyalcane ou encore à la réaction des halogènes (brome, chlore) ou de leurs dérivés tels que SOCI2 sur un halogènoalcane ou un acide ω- halogènoalcanoïque.
Le brevet anglais 788,349 décrit un procédé de préparation de 1- bromo-4-chlorobutane qui consiste à traiter dans une première étape le THF avec de l'acide chlorhydrique sec en présence de traces de ZnCl2 à une température qui atteint environ 100°C, puis dans une seconde étape à traiter le 4-chloro-1 -butanol obtenu précédemment avec du phosphore rouge puis avec du brome sec à une température comprise entre 0°C et -10°C. Le 1- bromo-4-chlorobutane est obtenu avec un rendement d'environ 62 % par rapport au THF mis en oeuvre.
Le brevet US 2,839,574 mentionne un procédé de préparation de 1- bromo-4-chlorobutane qui évite l'emploi de phosphore rouge et de brome ou de SBrg. Ce procédé consiste à traiter du 4-chloro-1 -butanol préalablement distillé avec de l'acide bromhydrique gazeux et sec en présence d'un solvant à ébullition et formant un azéotrope avec l'eau formée selon la réaction : CI(CH2)4θH + HBr → Br (CH2)4CI + H2O. Le rendement est d'environ 70 %. Dans la demande de brevet Japonais publiée sous le No JP 5791930, le 1-bromo-4-chlorobutane a été obtenu avec un rendement d'environ 90 % en traitant le 4-chloro-1 -butanol fraîchement distillé avec SBrg formé à partir de soufre et de brome, selon le schéma reactionnel :
SBr6 + 6 CI(CH2)4θH → 6 Br(CH2)4CI + H2SO4 + 2H2O Dans le cas où l'on fait réagir SBrg avec un 4-chloro-1 -butanol non purifié, provenant notamment d'un mélange de tetrahydrofurane et d'acide chlorhydrique, le rendement en 1-bromo-4-chlorobutane est d'environ 70 %. D.C. SAYLES et Ed. F. DEGERING (Journal of American Chemistry
Society, 71 , page 3162, 1949) décrivent une méthode de préparation du 1- bromo-4-chlorobutane en traitant le n-bromobutane avec du chlorure de sulfuryle (SO2CI2) en présence de peroxyde de benzoyle, au reflux des réactifs. Le rendement en 1-bromo-4-chlorobutane est de 35 %.
SMUSHKEVICH, YU.I et coll. appliquent la réaction de BORODINE- HUNSDIECKER aux acides ω-chloroalcanoiques (Tr. Mosk. Khim. Technol. Inst. No 61 , pp 47-48, 1969).
Ils obtiennent ainsi des α,ω-bromochloroalcanes en traitant les acides ω-chloroalcanoiques avec HgO et du brome en milieu CCI4 selon le schéma reactionnel :
CI(CH2)n COOH + Br2 > CI(CH2)n Br + CO2 + HBr
Signalons aussi que HAHN Roger C. (Journal of Organic Chemistry, 53 (6), pp 1331-3, 1988) décrit une méthode de préparation d'α.ω- bromochloroalcanes par une réaction d'échange d'halogènes. Ainsi, le 1- bromo-6-chlorohexane est obtenu en chauffant un mélange de n- bromobutane et de 1 ,6-dichlorohexane en présence de bromure de tétrabutylammonium selon le schéma reactionnel :
Br(CH2)3CH3 + CI(CH2)6CI > Br(CH2)6CI + CI(CH2)3CH3 Toutes ces méthodes présentent de nombreux inconvénients. Elles utilisent des composés de départ souvent impurs nécessitant des opérations de purification ainsi que des réactifs coûteux et de manipulation difficile (P + brome , S + brome).
Les rendements en α,ω-bromochloroalcanes sont faibles et les produits obtenus contiennent des impuretés dont l'élimination entraîne des manipulations de séparation difficiles et coûteuses.
On a maintenant trouvé un procédé de préparation directe d'α.ω- bromochloroalcane de formule
Br(CH2)n CI (I) dans laquelle n représente un nombre entier allant de 3 à 8, à partir d'éther-oxyde cyclique de formule dans laquelle n a la même signification que dans la
Figure imgf000004_0001
formule (I), caractérisé en ce que : a/ l'on met en contact ledit éther-oxyde cyclique (II), éventuellement additionné d'une quantité d'eau au plus égale à 20 parties en poids pour 100 parties en poids d'éther-oxyde cyclique (II) avec de l'acide chlorhydrique gazeux, puis, b/ l'on met en contact la phase précédente obtenue en a/ avec de l'acide bromhydrique gazeux. Selon la présente invention, la quantité d'eau additionnée à l'éther- oxyde cyclique (II) est comprise entre 1 partie et 15 parties en poids pour 100 parties en poids d'éther-oxyde cyclique (II) mis en oeuvre, et, de préférence, une quantité comprise entre 5 et 10 parties en poids.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention si l'on effectuait l'étape a/ sans addition d'eau.
A titre d'exemple d'éther-oxyde cyclique de formule (II) utilisable selon la présente invention, on peut citer l'oxyde de 1,3-propylène (oxétane), le tetrahydrofurane, le tétrahydropyrane, l'oxyde de 1 ,6-hexaméthylène(oxépa- ne), l'oxyde de 1 ,7-heptaméthylène (oxocane).
Le procédé de la présente invention s'applique tout particulièrement à la préparation du 1-bromo-4-chlorobutane à partir du tetrahydrofurane. Selon la présente invention, il n'est pas nécessaire d'isoler et/ou de purifier rα,ω-chlorohydroxyalcane (III) obtenu en a/ par hydrochloration de l'éther- oxyde cyclique (II) selon le schéma reactionnel :
HCIgaz > HO(CH2)nCI A
C
Figure imgf000005_0001
D (II) (III)
L'étape b/ est effectuée en faisant réagir directement la phase précédente obtenue en a/ -contenant l'intermédiaire (III)- avec de l'acide bromhydrique gazeux pour conduire à l'α.ω-bromochloroalcane (I) selon le schéma reactionnel :
HO(CH2)nCI + HBrgaz → Br(CH2)nCI + H2O B
(III) (O L'un des avantages de l'invention apparaît clairement ici ; il n'est pas nécessaire d'isoler et de purifier l'α.ω-chlorohydroxyalcane (III) intermédiaire obtenu en a/ avant de le faire réagir avec l'acide bromhydrique gazeux (étape b/)-
Les étapes a/ et b/ du procédé selon l'invention sont effectuées à une température allant de la température ambiante (environ 20° C) à environ 100° C et, de préférence, à une température allant de 40° C à 70° C.
Selon la présente invention, les températures peuvent être identiques ou différentes dans les deux étapes, mais on préfère opérer à une température unique. Selon la présente invention, on opère dans l'étape a/ avec un rapport molaire HCI gazeux/éther-oxyde cyclique compris entre 1 et 3 et, de préférence, compris entre 1 ,10 et 2, et dans l'étape b/ avec un rapport molaire
HBr gazeux/éther-oxyde cyclique compris entre 1 et 2 et de préférence compris entre 1 ,20 et 1 ,60.
La durée de réaction, pour chacune des étapes a/ et b/ peut varier dans de larges limites, mais elle est généralement comprise entre 2 et 30 heures et, de préférence, entre 10 et 25 heures.
La réaction peut être effectuée sous pression atmosphérique. Selon la présente invention on introduit l'acide chlorhydrique gazeux dans l'éther-oxyde cyclique éventuellement additionné d'eau, puis, l'introduction terminée, on poursuit la réaction en introduisant directement dans le milieu reactionnel précédemment obtenu l'acide bromhydrique gazeux. L'introduction de HBr gaz terminée on élimine l'eau formée par décantation du milieu reactionnel puis l'α.ω-bromochloroalcane est purifié notamment par distillation sous pression réduite.
La préparation d'α.ω-bromochloroaicane selon le procédé de l'invention présente l'avantage d'être effectué en deux étapes réactionnelles successives dans un même appareillage sans aucune purification ni séparation de l'α.ω-chlorohydroxyalcane intermédiaire.
Le procédé de l'invention présente également l'avantage d'être effectué sans solvant et en absence de catalyseur.
Les rendements en α,ω-bromochloroalcanes sont élevés et les produits obtenus sont aisément purifiables. Dans certains cas ils présentent une pureté suffisante qui leur permet d'être utilisés tel quel.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention .
Exemple 1
Etape a Dans un réacteur en verre de 1 litre équipé d'une agitation mécanique
(ancre), d'une sonde de température, d'une canne d'injection de gaz et surmonté d'un condenseur à eau giycolée (température environ -20° C) sont introduits, sous atmosphère inerte 325 g (4,5 moles) de tetrahydrofurane et 16,2 g d'eau (5 % pondéral). L'ensemble est chauffé à 55° C puis on injecte, en 14 h, 255 g (7 moles) d'HCl gaz à un débit décroissant allant de 1 ,5 mol/h à 0,15 mol/h tout en maintenant la température du milieu reactionnel à 60° C. En fin d'introduction de l'HCI, le brut reactionnel (593 g) contient 2,7 % d'eau, 14 % d'HCl, 76,5 % de 4-chloro-1 -butanol, 3 % de 1 ,4-dichlorobutane et 1 ,5 % de THF résiduel. Ainsi, la conversion du THF est supérieure à 97 % et le rendement molaire brut en 4-chloro-1 -butanol est d'environ 93 % par rapport au THF mis en oeuvre.
Etape b
Après refroidissement à 50° C, on injecte directement dans le milieu reactionnel a/ obtenu précédemment sous agitation 567 g (7 moles) d'HBr gazeux, en 20 h avec un débit décroissant allant de 0,75 mol/h à 0,15 mol/h. Au fur et à mesure de l'introduction de l'HBr, l'HCI précédemment solubilisé dégaze du milieu reactionnel. L'avancement de la réaction est contrôlé par analyse par chromatographie en phase gazeuse (CPG).
En fin d'introduction de l'HBr, après refroidissement à température ambiante et arrêt de l'agitation, le milieu reactionnel décante. On obtient 280 g d'une phase aqueuse jaunâtre contenant 58 % d'HBr et 728 g d'une phase organique incolore comprenant 91 % de 1-bromo-4-chlorobutane, 2,8 % de 1,4-dichlorobutane, 5,8 % de 1 ,4-dibromobutane et 0,1 % de 4-chloro-1- butanol résiduel d'où un rendement molaire brut en 1-bromo-4-chlorobutane de 92,5 % par rapport au 4-chloro-1 -butanol et de 86 % par rapport au THF mis en oeuvre.
Le 1-bromo-4-chlorobutane est alors purifié par distillation sous pression réduite (30 mmHg) avec une colonne adiabatique de 20 plateaux théoriques. Après soutirage d'une fraction de tête comprenant le 4-chioro-1- butanol résiduel et le 1 ,4-dichlorobutane, on distille 584 g de 1-bromo-4- chlorobutane d'une pureté, déterminée par CPG, de 99,3 %, soit avec un rendement de distillation de 87,5 %. D'où un rendement molaire en 1-bromo- 4-chlorobutane distillé de l'ordre de 75 % par rapport au THF mis en oeuvre (Eb30 mmHg = 83,5°C).
Exemple 2 Etape a
Dans le même appareillage que pour l'exemple 1 , sont introduits 325 g de tetrahydrofurane et 16,2 g d'eau. L'ensemble est chauffé à 50° C, sous agitation, puis on injecte en 25 h, 365 g d'HCl gaz à un débit de 1 ,5 mol/h à 0,35 mol/h tout en maintenant la température du milieu reactionnel à 50°C. On obtient alors 586,5 g d'un brut reactionnel contenant 2,8 % d'eau,
12,5 % d'HCl, 78,5 % de 4-chloro-1 -butanol, 2 % de 1 ,4-dichlorobutane et 1 ,7 % de THF résiduel. D'où une conversion du THF de l'ordre de 97 % et un rendement molaire brut en 4-chloro-1 -butanol de 94 % par rapport au THF initial.
Etape b
On injecte alors directement dans ce milieu reactionnel à 50°C, 6,9 moles d'HBr gaz en 18 h 30 à un débit de 0,7 mol/h à 0,15 mol/h. On obtient après décantation et séparation, 273 g de phase aqueuse acide et 747 g de phase organique comprenant 2,2 % de 1 ,4-dichlorobutane, 5,5 % de 1,4- dibromobutane et 92,1 % de 1-bromo-4-chlorobutane. D'où un rendement molaire brut en 1-bromo-4-chlorobutane de 94,5 % par rapport au 4-chloro-1- butanol et de 89 % par rapport au THF mis en oeuvre.
Exemple 3.
On opère dans le même appareillage et selon les mêmes conditions que pour l'exemple 1 , excepté que l'étape a/ est effectuée sans ajout d'eau. En fin d'introduction de HCI gazeux, la conversion du THF est de 85 % et le rendement molaire brut en 4-chloro-1 -butanol est d'environ de 82 %.
Exemple 4 (exemple comparatif)
Dans le même appareillage que pour l'exemple 1 , sont introduits 108 g de tetrahydrofurane (1 ,5 moles) et 444 g (4,5 moles) d'une solution aqueuse d'HCl 37 %. Après chauffage, sous agitation, à 65-70°C pendant 5 h, la conversion du THF en 4-chloro-1 -butanol est de 78 %. Après 6 h de chauffage supplémentaire, la conversion du THF en 4-chloro-1 -butanol reste inférieure à 82 %.
Dans les conditions de cet exemple, la deuxième étape de synthèse du 1-bromo-4-chlorobutane nécessite d'abord une étape de séparation de la phase aqueuse puis une étape de purification du 4-chloro-1 -butanol brut intermédiaire pour éviter la formation trop importante de 1 ,4-dibromobutane à partir du THF résiduel.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S* * * * * * *
1. Procédé de préparaton directe d'α.ω-bromochloroalcane de formule
Br(CH2)n CI (I) dans laquelle n représente un nombre entier allant de 3 à 8, à partir d'éther-oxyde cyclique de formule dans laquelle n a la même signification que dans la
Figure imgf000009_0001
formule (I), caractérisé en ce que : a/ l'on met en contact ledit éther-oxyde cyclique (II), éventuellement additionné d'une quantité d'eau au plus égale à 20 parties en poids pour 100 parties en poids d'éther-oxyde cyclique (II) avec de l'acide chlorhydrique gazeux, puis, b/ l'on met en contact la phase précédente obtenue en a/ avec de l'acide bromhydrique gazeux.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'éther- oxyde cyclique (li) est le tetrahydrofurane.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la quantité d'eau additionnée à l'éther-oxyde cyclique (II) est comprise entre 1 partie et 15 parties en poids pour 100 parties en poids d'éther-oxyde cyclique (II) mis en oeuvre.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantité d'eau additionnée à l'éther-oxyde (II) est comprise entre 5 et 10 parties en poids pour 100 parties en poids d'éther-oxyde cyclique (II) mis en oeuvre.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans l'étape a/ le rapport molaire HCI gazeux/éther-oxyde cyclique est compris entre 1 et 3 et que, dans l'étape b/ le rapport molaire HBr gazeux/éther-oxyde cyclique est compris entre 1 et 2.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport molaire HCI gazeux/éther-oxyde cyclique est compris entre 1 ,10 et 2 et que le rapport molaire HBr gazeux/éther-oxyde cyclique est compris entre 1 ,20 et 1 ,60.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les étapes a/ et b/ sont effectuées à une température allant de la température ambiante à environ 100°C.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les étapes a/ et b/ sont effectuées à une température allant de 40°C à 70°C.
PCT/FR1996/001027 1995-07-11 1996-07-02 PROCEDE DE PREPARATION D'α,φ-BROMOCHLOROALCANES WO1997003036A1 (fr)

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